JP3262486B2

JP3262486B2 - タンデム熱間圧延機の制御装置

Info

Publication number: JP3262486B2
Application number: JP29287995A
Authority: JP
Inventors: 成宏幸今
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 2002-03-04
Anticipated expiration: 2015-11-10
Also published as: JPH09136108A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タンデム熱間圧延
機の各スタンド間に配置されたルーパの高さと圧延材の
スタンド間張力を制御するタンデム熱間圧延機の制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延や冷間圧延における最終製品の
評価基準の一部に板厚及び板幅があり、圧延中の材料に
かかる張力は板厚や板幅に影響するため、張力をある値
に保つ制御が行われている。とくに、熱間圧延における
圧延材料は加熱処理されて高温となり、その変形抵抗が
小さくなっており、張力が大きいと破断を起こし易くな
る。この破断を防止するべく張力を小さく設定すると外
乱や誤設定により無張力となることがあり、その状態が
長く続くと圧延機スタンド間で大きなループが発生して
事故を引き起こすことがある。そこで、熱間圧延ではと
くにルーパ装置を設け、スタンド間にループが発生する
ことを防止すると同時に、スタンド間の圧延材の張力制
御を行うほか、材料の通板性を良くする観点からルーパ
の高さ制御も行っている。

【０００３】このような、圧延材張力及びルーパ高さの
制御において、圧延材張力からルーパ高さへの干渉とル
ーパの回転速度から張力への干渉とがある。従来からの
張力制御には、それらの干渉を抑えることなくＰＩＤ制
御によりルーパ高さを制御する方法がある。このルーパ
高さのＰＩＤ制御において、ルーパがルーパ自体の重
さ、圧延材の重さ及び圧延材張力（張力指令値）から受
けるトルクと、ルーパが加減速する時のトルクを計算し
て、ルーパ電動機に電流指令値として設定することによ
り、ルーパが圧延材を押し上げる力を発生させ、圧延材
に張力を付与している。従って、張力値をフィードバッ
クするのではなく、設定のみのオープンループである。

【０００４】これに対して上記の干渉系を多変数として
扱い、それらの干渉を抑えるような非干渉化補償装置を
付加して圧延材張力とルーパ高さとを独立に制御するル
ーパ非干渉制御、ルーパと圧延材張力とを協調して制御
するように最適制御理論（ＬＱ：Ｌinear Ｑuadratic）
を適用するルーパ最適制御、ＬＱの逆問題を解いて制御
ゲインを数式で求めることのできるルーパＩＬＱ（Ｉnv
erse Ｌinear Ｑuadratic）制御、制御系のロバスト性
を考慮することのできるＨ∞制御等の多変数制御があ
り、それぞれ実機に適用されている。ここで、ロバスト
性とは、制御系にノイズが加わったり、制御対象が変化
しても不安定になり難い性質のことである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】多変数制御は、それぞ
れの特徴を活かすために圧延材張力とルーパ角度の両方
を検出することを前提としている。このため、張力計の
ない圧延機では多変数制御は適用し難かった。また、圧
延機の第ｉスタンドと第ｉ＋１スタンドとの間の張力
は、圧延材の先端が第ｉ＋１スタンドに噛込まれてか
ら、すなわち、第ｉ＋１スタンド通板後に発生する。こ
の通板時は非常に外乱が大きく、第ｉ＋１スタンド通板
後しばらくしないと張力計による張力検出値は安定せ
ず、この間、多変数制御に必要な張力値を得ることがで
きないため、張力計を必要としないルーパ高さのＰＩＤ
制御が必要になる。

【０００６】さらに、圧延材料によっては多変数制御に
よる張力制御ではカバーしきれず、十分に調整されたル
ーパ高さのＰＩＤ制御の方がより良い制御性能を示す場
合もあり、また、張力検出が良好に行われないと多変数
制御が誤動作することもあるため、ルーパ高さのＰＩＤ
制御はルーパを良好に制御する上でも必要になる。

【０００７】しかしながら、上述したルーパ高さのＰＩ
Ｄ制御においては、フィードバック制御をしていないた
め、張力値が目標値どおりに制御されないことがあっ
た。また、ルーパ電動機に設定する電流基準値を計算す
る場合、ルーパを加減速する時に必要な電流値が正確に
は分からないため、今までは固定の電流値を加えるのが
一般的である。この場合、小断面積の圧延材に対して
は、圧延材の重さによるトルクや張力によるトルクに対
して、固定の電流値によるトルクの比重が大きくなり、
圧延材を持ち上げるルーパの力が大きくなって、圧延材
の張力値が目標値より大きくなり易いという問題があっ
た。

【０００８】さらに、ルーパ高さのＰＩＤ制御は、圧延
材張力とルーパの相互干渉を抑える働きが無いため、即
応性や安定性の点で多変数制御に劣ることがあるが、こ
れは以下の理由により、ルーパ高さ制御の制御応答を十
分に上げられないためである。すなわち、張力とルーパ
系を伝達関数で表すと、二次の共振系を包含する形で表
される。二次共振系の特徴は共振周波数ω_nの減衰定数
ζが小さいと振動的になる。このため、ルーパ高さの制
御の応答は共振周波数ω_nの１／４程度以下に制限さ
れ、減衰定数ζの大きさによってはさらに低く抑えなけ
ればならない。

【０００９】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、タンデム圧延機の各スタンド間に配置さ
れたルーパの高さ及び圧延材のスタンド間張力を制御す
る場合、高精度で安定したルーパの制御を可能にするタ
ンデム熱間圧延機の制御装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、張力目標値と
ルーパ高さ検出値とに基づいてルーパ電流指令値を演算
し、このルーパ電流指令値をルーパ電動機のルーパ電流
制御器に設定して圧延材張力を制御するルーパ電流基準
発生器として、ルーパが圧延材から受けるトルク、圧延
材張力から受けるトルク及びルーパ自重分によるトルク
の和に釣り合うような主ルーパ電流基準を演算する主電
流基準発生手段と、ルーパを加減速させるのに必要なト
ルクと釣り合うような補助的なルーパ電流基準を演算す
る補助電流基準発生手段とを備え、この補助電流基準発
生手段は、圧延材の断面積に比例するようにルーパ電流
基準を演算するようにしたものを用いる。

【００１１】もう一つの発明は、補助電流基準発生手段
が、固定の電流基準又は圧延材の断面積に比例するよう
に定めたルーパ電流基準に、さらに、ルーパが上昇する
速度に比例した電流値を加算して補助的なルーパ電流基
準を演算するものである。

【００１２】他の発明は、補助電流基準発生手段が、固
定の電流基準又は圧延材の断面積に比例するように定め
たルーパ電流基準に、さらに、ルーパ高さ制御器が演算
する圧延機主電動機の速度指令値の変化分に比例した電
流値を加算して補助的なルーパ電流基準を演算するもの
である。

【００１３】もう一つ他の発明は、ルーパ高さ目標値と
ルーパ高さ検出値とに基づいて圧延機主電動機の速度指
令値を演算し、演算された速度指令値を圧延機主電動機
速度制御器に設定してルーパの高さを制御するルーパ高
さ制御器と、張力目標値とルーパ高さ検出値とに基づい
てルーパ電流指令値を演算し、演算されたルーパ電流指
令値をルーパ電動機のルーパ電流制御器に設定して圧延
材張力を制御するルーパ電流基準発生器とを備えると
き、ルーパに取付けた張力検出器が受ける力、もしく
は、ルーパ電動機が受けるトルクから圧延材の張力を演
算する張力演算手段と、演算された張力にゲインを乗じ
て得られた値をルーパ電流基準の補正値としてルーパ電
流基準発生器から出力されるルーパ電流基準から減算す
ると同時に、この減算により変化するルーパ高さ制御器
のゲインを補正することによって、ルーパ高さ制御系の
共振周波数及び減衰定数を変更する張力分トルク補正手
段とを備える。

【００１４】もう一つの発明は、ルーパ高さ目標値とル
ーパ高さ検出値とに基づいて圧延機主電動機の速度指令
値を演算し、演算された速度指令値を圧延機主電動機速
度制御器に設定してルーパの高さを制御するルーパ高さ
制御器と、張力目標値とルーパ高さ検出値とに基づいて
ルーパ電流指令値を演算し、演算されたルーパ電流指令
値をルーパ電動機のルーパ電流制御器に設定して圧延材
張力を制御するルーパ電流基準発生器とを備えるとき、
ルーパに取付けた張力検出器が受ける力、もしくは、ル
ーパ電動機が受けるトルクから圧延材の張力を演算する
張力演算手段と、演算された張力にゲインを乗じて得ら
れた値を主機速度指令値の変更量としてルーパ高さ制御
器から出力される速度指令値に加算すると同時に、この
加算により変化するルーパ高さ制御器のゲインを補正す
ることによって、ルーパ高さ制御系の共振周波数及び減
衰定数を変更する張力分トルク補正手段とを備える。

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第
１の実施形態の構成を、適用対象圧延機と併せて示した
ブロック図である。同図において、圧延材１は第ｉスタ
ンド圧延機２及び第ｉ＋１スタンド圧延機３の順に圧延
される。ここで、タンデム圧延機の全スタンド数をｎと
すると、ｎ＝５〜７が一般的である。以下に示すルーパ
等の装置は各スタンド間に設置されるが、ｉ〜ｉ＋１ス
タンドの２スタンド間の状態を考察すれば容易に他のス
タンドへも拡張できるので、ここでは２スタンド間のみ
を考える。なお、ｉは１≦ｉ≦ｎ−１の範囲である。

【００１７】この第ｉスタンド及び第ｉ＋１スタンド間
にルーパ７が設けられているとき、ルーパアームの角度
に換算されるルーパの高さがルーパ高さ検出器10で検出
される。このルーパ７を駆動するルーパ電動機８の電流
検出値Ｉをルーパ電流制御器９に帰還する。ルーパ電流
制御器９では、ルーパ電流基準発生器12により設定され
る電流指令値Ｉ_refに電流検出値Ｉを追従させるように
制御する。一方、第ｉスタンド圧延機２及び第ｉ＋１ス
タンド圧延機３は、それぞれ圧延機主電動機（以下、主
機と言う）４及び５によって駆動される。第ｉスタンド
主機４の速度は、主機速度制御器６によって制御されて
いる。第ｉ＋１スタンド主機５も同様であるが、ここで
は省略する。

【００１８】ルーパ高さ制御器11は、ルーパ高さ検出器
10で検出されたルーパ高さ（ルーパ角度θで表し、以
下、ルーパ角度とも言う）をルーパ高さ目標値θ_refに
追従させるように主機速度指令値を演算し、主機速度設
定値に加算して第ｉスタンドの主機速度制御器６に設定
する。ルーパ電流基準発生器12は、主電流基準発生器13
と補助電流基準発生器14とから構成されている。第ｉス
タンドと第ｉ＋１スタンドとの間に電動機で駆動するル
ーパを配置し、このルーパによって圧延材を持ち上げた
場合の幾何形状を示すと図２のようになる。主電流基準
発生器13では図２の幾何形状に基づき、次式によって主
電流指令値Ｉ_ref1を演算する。

【００１９】

【数１】ただし、ｇ：重力の加速度（ｍｍ／ｓ²）＝９８００Ｒ₁：ルーパの回転中心からルーパロールの中心までの
距離（ｍｍ）Ｒ₃：ルーパの回転中心からルーパの重心までの距離
（ｍｍ）ｇ_L：ルーパ機械とルーパ電動機との間のギヤ比Ａ：圧延材の断面積（板厚と板幅の積）（ｍｍ²） α ：ｉスタンド側のパスラインと圧延材のなす角度
（ｒａｄ） β ：ｉ＋１スタンド側のパスラインと圧延材のなす角
度（ｒａｄ） θ ：ルーパ角度（ｒａｄ）Ｗ_s：スタンド間の圧延材の質量（材料長、断面積、比
重の積）（ｋｇ）Ｗ_L：ルーパ重量（ｋｇ）である。（１），（２）式に
よりルーパ角度θと張力目標値ｔ_frefが設定されれば、
主電流指令値Ｉ_ref1を計算することができる。

【００２０】因みに、従来から実施されているタンデム
熱間圧延機の制御装置の構成例を図１０に示す。主電流
基準発生器13は上記（１），（２）式を用いて主電流指
令値Ｉ_ref1を演算する機能を有している。しかしなが
ら、図１に示した本実施形態の補助電流基準発生器14に
相当する固定電流基準発生器15は、固定の電流基準Ｉ₀
を発生するだけの機能しかなかった。

【００２１】次に本実施形態の補助電流基準発生器14に
ついて以下に説明する。補助電流基準発生器14は、次の
ａ，ｂ，ｃのいずれかの方法で補助電流基準Ｉ_COMを計
算する。ａ．補助電流基準を、予め断面積により区分されたテー
ブルに格納しておき、使用時に取出す。この補助電流基
準は次のｂ項に記載の演算式を用いて決定しても良く、
また、調整しながらテーブルに格納してもよい。ｂ．次式を用いて計算する。

【００２２】

【数２】ただし、Ｉ_COM：補助電流基準Ｉ_ST ：標準電流基準Ａ_ST ：標準断面積なお、上述した補助電流基準Ｉ_COMに上限及び下限を設
けることも可能である。

【００２３】図１０に示した従来装置のように、固定の
電流基準Ｉ₀を用いた場合、圧延材の断面積によらずに
ほぼ一定の張力値が上乗せされることになり、大断面積
材に比べて小面積材の張力値が目標値より大きくなりや
すかった。しかし、上記ａ項又はｂ項に記載したよう
に、断面積に比例する補助電流基準Ｉ_COMを用いた場
合、小断面積の圧延材に対して張力値が目標値より大き
くなる現象を緩和することができる。ｃ．次式を用いて計算する。Ｉ_COM＝Ｋ_COM×ω_L＋Ｉ_BASE …（４）ただし、Ｉ_COM：補助電流基準Ｋ_COM：ゲイン ω_L：ルーパ角速度Ｉ_BASE：ａ項又はｂ項の電流基準値、あるいは、固定の
電流基準値である。この場合、（４）式で与えられる補
助電流基準Ｉ_COMに上限及び下限を設けることも可能で
ある。

【００２４】上記（４）式を用いて補助電流基準Ｉ_COM
を計算することにより、スタンド間の圧延材にループが
発生している場合、等では、ルーパが急速に上昇して圧
延材のループを短時間で除去する必要があり、ルーパ角
速度に比例した補助電流基準を出力することによって、
より早くループを除去することができる。

【００２５】図３は本発明の第２の実施形態の構成を示
すブロック図であり、特に、ルーパ高さと張力の制御系
をモデル化して表現したものである。ここで、ルーパの
高さ制御において、制御すべきルーパ角度と操作量であ
る主機速度とは非線形の関係にあり、主機速度と線形の
関係にあるスタンド間の圧延材ループ量ｌに変換し、ル
ープ量ｌを用いてルーパ高さの制御系を構成したもので
ある。ルーパ角度θをループ量ｌに変換する非線形の関
数Ｆ₂（θ）は次の（５）式で表される。

【００２６】

【数３】ループ量ｌはｌ＝Ｆ₂（θ） …（６）ただし、Ｌ：スタンド間距離（ｍｍ）Ｌ₁：ルーパ回転中心から第ｉスタンドまでの距離（ｍ
ｍ）である。

【００２７】図３において、ブロック20は図１中のルー
パ高さ制御器11に対応し、ルーパ角度目標値θ_refを、
（５）式を用いてループ量目標値ｌ_refに変換し、ま
た、ルーパ角度θをループ量ｌに変換する。ルーパ高さ
制御器21はＰＩ制御系で構成され、比例制御ゲイン
Ｋ_P、積分制御ゲインＫ_I、トータルゲインＫ_Tで表さ
れ、ルーパ角度目標値θ_refとループ量ｌとの偏差分に
（Ｋ_P＋Ｋ_I／ｓ）Ｋ_Tを乗じて主機速度指令値Ｖ_Rref
を出力する。

【００２８】主機速度制御系22は主機の速度応答を一次
遅れ時定数Ｔ_vを用いて表したものであり、図１中の主
機速度制御器６及び第ｉスタンド主機４を組合わせたも
のの伝達関数として表している。この主機速度制御系22
の伝達関数を乗じて得られるロール周速変化分Ｖ_Rは先
進率ｆを用いて表されるブロック23によって材料速度Ｖ
_sに変換される。この材料速度Ｖ_sと、ブロック26で表
されるルーパ角速度ω_Lによる圧延材のループ速度変化
分ω_L×ｄＦ₂（θ）／ｄθと、ブロック25で表される
張力フィードバック係数Ｋ₁₀による張力が与える材料速
度への変化分との和が、積分器を含むブロック24を通っ
て張力ｔ_fになる。なお、ブロック24中のＥは圧延材の
ヤング率である。張力ｔ_fはルーパ電動機にかかる張力
分トルクＴ_Tとして現れる。ブロック27はこれを表現す
るもので、その内部に記載されたＦ₃（θ）は次式で表
される。

【００２９】

【数４】ブロック28はルーパ電動機に印加されるトルクからルー
パ電動機の回転速度ω_Lまでの伝達関数であり、ω_Lは
積分されてルーパ角度θとなるため、これがブロック29
で表現される。ブロック30はルーパダンピングＺを表現
するものであり、ブロック31はルーパ角度θからルーパ
電動機のトルクまでの関係を表す関数Ｆ₁（θ）であ
り、次式によって表される。

【００３０】

【数５】ブロック32は図１中のルーパ電流基準発生器12に相当し
ている。ブロック33はルーパ電流制御系を時定数Ｔ_ccの
一次遅れで表したもので、ブロック34はルーパ電流Ｉが
トルクＴになる場合の影響係数（トルク定数と呼ばれ
る）Φを表している。図３中のブロック28，33，34が図
１中のルーパ電流制御器９及びルーパ電動機８に相当し
ている。前述したように、補助電流基準が必要である理
由は、ルーパを加減速する場合のトルクを補償する必要
があるためであるが、一般に加減速に必要なトルクを予
め計算することは難しい。

【００３１】加減速トルクＴ_Aは次式で表される。

【００３２】

【数６】ただし、Ｊ：ルーパの慣性（ｋｇｍ²）である。図３中のブロック22及び23を通して発生する圧
延材速度Ｖ_sの変化に追従する量を、ルーパ角速度ω_L
からブロック26を通って変化する圧延材速度に等しくす
れば、張力は変化しないことになる。ブロック26を通っ
て変化する圧延材速度Ｖ_sは次式で表される。

【００３３】

【数７】材料速度が変化すると、張力が変化し、ルーパに加わる
力も変化するため、ルーパは上昇または下降する。ルー
パの上昇、下降に必要なトルクが加減速トルクであり、
（１０）式をルーパ角速度ω_Lについて解いて両辺を時
間で微分し、さらに、両辺にＪを乗算すると次式が得ら
れる。

【００３４】

【数８】この結果、加減速トルクＴ_Aは、ルーパの慣性Ｊ、材料
速度の時間変化分及び関数Ｆ₂（θ）の角度微分値で表
されることが分かる。ただし、圧延材の速度を測定する
ことは難しいので、その代替として、ルーパ高さ制御器
が出力する主機速度指令値Ｖ_Rrefの時間変化分を用い
る。しかして、図１に示した補助電流基準発生手段14が
上述した補助電流基準Ｉ_CO _Mの代わりに、次式に示す補
助電流基準Ｉ_COMを出力すれば良いことが分かる。

【００３５】

【数９】図３中のブロック35は主機速度指令値Ｖ_Rrefの時間変化
分を生成し、ブロック36はゲインを表している。

【００３６】かくして、第２の実施形態によれば、従来
のルーパ高さのＰＩＤ制御におけるルーパの加減速トル
クを補償することができ、一定の補助電流基準を設定し
たがために張力が目標値より大きくなることはなくな
る。この結果、過張力による板厚、板幅への悪影響を低
減することができる。

【００３７】ところで、図３に示した第２の実施形態に
おいて、主機速度指令値Ｖ_Rrefからルーパ角度θへの伝
達関数Ｇ（ｓ）は次式となる。

【００３８】

【数１０】ただし、 ω_n：共振周波数 ζ ：減衰定数である。共振周波数ω_nは次式で表される。

【００３９】

【数１１】また、減衰定数ζは次式で表される。

【００４０】

【数１２】ルーパ高さ制御では、共振を避けるため、共振周波数ω
_nの１／３から１／５程度の応答に抑える必要がある。
一般的に共振周波数ω_n＝５〜１０ｒａｄ／ｓであり、
ルーパ高さの制御応答は２〜４ｒａｄ／ｓ程度になる。
ルーパ高さ制御系の応答を速くするためには、共振周波
数は高い周波数領域にある方が良く、また、減衰定数も
大きい方が振動し難くなる点で望ましい。

【００４１】共振周波数と減衰定数を変更する方法とし
て次のＡ，Ｂ，Ｃの方法が考えられる。Ａ．ルーパ速度から材料速度への影響係数Ｆ₂を変更す
る。Ｂ．張力からルーパトルクへの影響係数Ｆ₃を変更す
る。Ｃ．張力フィードバック係数Ｋ₁₀を変更する。

【００４２】このうち、Ａ項については、特開平７−１
６６３２号公報に開示されて公知であるので、Ｂ及びＣ
項について説明する。

【００４３】前述したルーパ高さのＰＩＤ制御は、ルー
パ多変数制御と併せて用いられることが多くなってきて
おり、また、圧延材の張力をモニタするために張力検出
器を設置する場合があり、ルーパ高さのＰＩＤ制御でも
張力検出値が利用可能な場合が多い。

【００４４】図４は上記Ｂ項の方法に対応する本発明の
第３の実施形態の構成を、適用対象圧延機と併せて示し
たブロック図である。図中、図１と同一の要素には同一
の符号を付してその説明を省略する。ここでは、ロード
セル等の張力検出器16の出力信号に基づいて、張力演算
手段17が圧延材の張力を演算する。張力分トルク補正手
段18は、演算された張力を用いて、ルーパ電動機の電流
制御器９に設定する電流基準Ｉ_refを補正する。この補
正方法について、図５及び図６をも参照して以下に説明
する。

【００４５】（１４）式から、影響係数Ｆ₃を変更する
ことができれば、共振周波数を変更することができる。
いま、ゲインＫ_F3 ^*を加えてＦ₃を次式のように大きく
したとする。Ｆ₃→Ｆ₃＋Ｋ_F3 ^* …（１６）この場合の共振周波数ω_nは次式のように大きくなる。

【００４６】

【数１３】この関係を、モデル化して表現すると図５に示したよう
になる。すなわち、ブロック27と並列にブロック37が接
続されている。しかしながら、圧延材張力ｔ_fにゲイン
Ｋ_F3 ^*を掛けたものを直接ルーパ電動機の負荷トルクＴ
に帰還することはできないので、図６に示すように圧延
材張力ｔ_fにブロック38のゲインＫ_F3を掛けたものを電
流指令値Ｉ_refに帰還する。ただし、影響係数Ｆ₃を変
更すれば伝達関数Ｇ（ｓ）のゲインも変わる。この場合
の伝達関数Ｇ（ｓ）は次式のようになる。

【００４７】

【数１４】ここで、Ｚの場合と同様に（１４）式でＦ₃を変更する
と、Ｇ（ｓ）のゲインが変化する。従って、Ｆ₃の変更
前と同じ高さ制御応答を得ようとすれば、ルーパ高さ制
御器のトータルゲインＫ_Tを次式の高さ制御器のトータ
ルゲインＫ_T ^*に変更する必要がある。

【００４８】

【数１５】図４において、ブロック18からブロック11に向けた破線
は（１９）式によりルーパ高さ制御のトータルゲインを
補正することを意味している。かくして、第３の実施形
態によれば、ルーパ高さ制御における共振周波数及び減
衰定数を変更して、ルーパ高さ制御応答を上げることが
可能となり、高速かつ安定したルーパの制御が可能にな
る。なお、圧延材の張力を演算するに当たり、第３の実
施形態では張力検出器16の出力に基づいて演算したが、
この代わりに、ルーパ電動機が受けるトルクから計算す
ることも可能である。

【００４９】図７は上記Ｃ項の方法に対応する本発明の
第４の実施形態の構成を、適用対象圧延機と併せて示し
たブロック図である。図中、図１又は図４と同一の要素
には同一の符号を付してその説明を省略する。ここで
も、ロードセル等の張力検出器16の出力信号に基づい
て、張力演算手段17は圧延材の張力を演算する。張力発
生ゲイン補正手段19はこの張力を用いて主機速度指令値
の変更量を計算して、主機速度指令値に加算するもので
ある。張力発生ゲイン補正手段19の主機速度指令値の変
更量の計算方法を、図８及び図９をも参照して以下に説
明する。

【００５０】（１４）式から明らかなように、張力フィ
ードバック係数Ｋ₁₀を変更することができれば、共振周
波数を変更することができる。すなわち、張力とルーパ
高さの制御系をモデル化した図８に示すように、Ｋ₁₀の
ブロック25に対してブロック39を並列接続することによ
り間接的に変更できる。これはＫ₁₀を次式のように大き
くしたことを意味している。Ｋ₁₀→Ｋ₁₀＋Ｋ_K ^* …（２０）Ｋ₁₀を大きくすれば、共振周波数ω_nは次式のように大
きくなる。

【００５１】

【数１６】また、減衰定数ζも次式のように大きくなる。

【００５２】

【数１７】しかし、張力にゲインＫ_K ^*を掛けたものを直接材料速
度に帰還することはできないので、図９に示すように、
ブロック40によって主機速度指令値Ｖ_Rrefに帰還する。
ここで、第３の実施形態と同様に（１８）式でＫ₁₀を大
きくすると、伝達関数Ｇ（ｓ）のゲインが小さくなる。
従って、Ｋ₁₀の変更前と同じルーパ高さの制御応答を得
ようとすれば、ルーパ高さ制御器のトータルゲインＫ_T
を次式のＫ_T ^*のように大きくする必要がある。

【００５３】

【数１８】ここで、Ｋ_T ^*は変更後の高さ制御のトータルゲインで
ある。図７において、ブロック19からブロック11に引い
た破線は、（２３）式によるルーパ高さ制御トータルゲ
インの補正を行うことを示している。このように、Ｋ₁₀
にＫ_K ^*を加えることにより、次のイ，ロの効果が得ら
れる。イ．Ｋ₁₀が大きくなると、材料速度から張力へのゲイン
（１／Ｋ₁₀）が小さくなり、張力変動が小さくなる。ロ．張力が増加すれば、主機速度を増加させることにな
り、ルーパ電流による張力の制御以外の手段としての張
力制御として有効である。

【００５４】かくして、第４の実施形態によれば、ルー
パ高さ制御における共振周波数及び減衰定数を変更し
て、ルーパ高さ制御応答を上げることが可能となり、高
速かつ安定したルーパの制御が可能になる。

【００５５】以上、本発明を具体的な実施形態に基づい
て説明したが、これらの実施形態はそれぞれ単独に適用
するだけでなく、複数の実施形態を組合わせて使用する
こともできる。また、上記の各実施形態では、ルーパを
ルーパ電動機で駆動するものについて説明したが、本発
明はこれに適用を限定されるものではなく、油圧装置に
よる駆動方式のものにも適用可能である。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明によれば、ルーパの加減速トルクを設定する場合、
圧延材の断面積に比例する補助電流基準を用いたので、
従来のＰＩＤ制御に顕著であった小断面積での張力増加
を防ぐことができ、これによって、小断面積材で過張力
による板厚、板幅への悪影響を除去することができる。

【００５７】もう一つの発明によれば、ルーパ角速度に
比例する補助電流基準を用いたので、スタンド間の圧延
材に発生したループを迅速に除去することが可能にな
り、安定した操業を行うことができる。

【００５８】また、他の発明によれば、従来のルーパ高
さのＰＩＤ制御におけるルーパの加減速トルクを補償す
ることができ、一定の電流基準を常に設定して、張力が
目標値より大きくなることはなくなる。この結果、過張
力による板厚、板幅への影響を低減することができる。

【００５９】もう一つ他の発明によれば、張力演算手段
で演算された張力にゲインを乗じて得られた値をルーパ
電流基準の補正値としてルーパ電流基準発生器から出力
されるルーパ電流基準から減算すると同時に、この減算
により変化するルーパ高さ制御器のゲインを補正するこ
とにより、ルーパ高さ制御における共振周波数及び減衰
定数を変更して、ルーパ高さ制御応答を上げることが可
能となり、高速かつ安定したルーパの制御が可能にな
る。さらに、もう一つの発明によれば、張力演算手段で
演算された張力にゲインを乗じて得られた値を主機速度
指令値の変更量としてルーパ高さ制御器から出力される
速度指令値に加算すると同時に、この加算により変化す
るルーパ高さ制御器のゲインを補正することにより、ル
ーパ高さ制御における共振周波数及び減衰定数を変更し
て、ルーパ高さ制御応答を上げることが可能となり、高
速かつ安定したルーパの制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の構成を、適用対象圧
延機と併せて示したブロック図。

【図２】本発明の第１の実施形態の動作を説明するため
に、ルーパ角度と圧延材の通板形状との幾何学的関係を
示す図。

【図３】本発明の第２の実施形態の詳細な構成を示すブ
ロック図。

【図４】本発明の第３の実施形態の構成を、適用対象圧
延機と併せて示したブロック図。

【図５】本発明の第３の実施形態の原理を説明するため
のブロック図。

【図６】本発明の第３の実施形態の詳細な構成を示すブ
ロック図。

【図７】本発明の第４の実施形態の構成を、適用対象圧
延機と併せて示したブロック図。

【図８】本発明の第４の実施形態の原理を説明するため
のブロック図。

【図９】本発明の第４の実施形態の詳細な構成を示すブ
ロック図。

【図１０】従来のタンデム熱間圧延機の制御装置の構成
を、適用対象圧延機と併せて示したブロック図。

【符号の説明】

１圧延材２第ｉスタンド圧延機３第ｉ＋１スタンド圧延機４第ｉスタンド圧延機主電動機５第ｉ＋１スタンド圧延機主電動機６主機速度制御器７ルーパ８ルーパ電動機９ルーパ電流制御器１０ルーパ高さ検出器１１ルーパ高さ制御器１２ルーパ電流基準発生器１３主電流基準発生器１４補助電流基準発生器１５固定電流基準発生器１６張力検出器１７張力演算手段１８張力分トルク補正手段１９張力発生ゲイン補正手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】タンデム熱間圧延機の各スタンド間に配置
されたルーパの高さ及びスタンド間の圧延材張力を制御
するタンデム熱間圧延機の制御装置であって、速度設定値に従ってスタンド圧延機主電動機の速度を制
御する主電動機速度制御器と、ルーパ高さ検出値をルーパ高さ目標値に追随させる主電
動機速度指令値を演算し、この速度指令値によって前記
主電動機速度制御器に加えられる速度設定値を補正する
ルーパ高さ制御器と、圧延材の張力目標値とルーパ高さ検出値とに基づき、圧
延材の張力を張力目標値に追随させるルーパ電流指令値
を演算するルーパ電流基準発生器と、ルーパ電流指令値に従ってルーパ電動機の電流を制御す
るルーパ電流制御器と、を備え、前記ルーパ電流基準発生器はルーパが圧延材か
ら受けるトルク、圧延材張力から受けるトルク及びルー
パ自重分によるトルクの和に釣り合うような主のルーパ
電流基準を、圧延材の断面積、ルーパの上昇速度及び前
記速度指令値の変化分のうち、いずれか一つ又は複数の
要件を加味して求めた補助的なルーパ電流基準によって
補正するものであるタンデム熱間圧延機の制御装置。
【請求項２】前記ルーパ電流基準発生器が、ルーパが圧
延材から受けるトルク、圧延材張力から受けるトルク及
びルーパ自重分によるトルクの和に釣り合うような主の
ルーパ電流基準を演算する主電流基準発生手段と、圧延
材の断面積に比例するように定めた補助的なルーパ電流
基準を演算する補助電流基準発生手段とを備え、前記主
のルーパ電流基準と補助的なルーパ電流基準とを加算し
て得られた値をルーパ電流指令値として出力する請求項
１記載のタンデム熱間圧延機の制御装置。
【請求項３】前記ルーパ電流基準発生器が、ルーパが圧
延材から受けるトルク、圧延材張力から受けるトルク及
びルーパ自重分によるトルクの和に釣り合うような主の
ルーパ電流基準を演算する主電流基準発生手段と、圧延
材の断面積に比例するように定めた値とルーパが上昇す
る速度に比例するように定めた値とを加算して補助的な
ルーパ電流基準を演算する補助電流基準発生手段とを備
え、前記主のルーパ電流基準と補助的な電流基準とを加
算して得られた値をルーパ電流指令値として出力する請
求項１記載のタンデム熱間圧延機の制御装置。
【請求項４】前記ルーパ電流基準発生器が、ルーパが圧
延材から受けるトルク、圧延材張力から受けるトルク及
びルーパ自重分によるトルクの和に釣り合うような主の
ルーパ電流基準を演算する主電流基準発生手段と、圧延
材の断面積に比例するように定めた値とルーパが上昇す
る速度に比例するように定めた値と前記ルーパ高さ制御
器が演算する速度指令値の変化分に比例する値とを加算
して補助的なルーパ電流基準を演算する補助電流基準発
生手段とを備え、前記主のルーパ電流基準と補助的なル
ーパ電流基準とを加算して得られた値をルーパ電流指令
値として出力する請求項１記載のタンデム熱間圧延機の
制御装置。
【請求項５】前記ルーパ電流基準発生器が、ルーパが圧
延材から受けるトルク、圧延材張力から受けるトルク及
びルーパ自重分によるトルクの和に釣り合うような主の
ルーパ電流基準を演算する主電流基準発生手段と、固定
の値とルーパが上昇する速度に比例するように定めた値
とを加算して補助的なルーパ電流基準を演算する補助電
流基準発生手段とを備え、前記主のルーパ電流基準と補
助的なルーパ電流基準とを加算して得られた値をルーパ
電流指令値として出力する請求項１記載のタンデム熱間
圧延機の制御装置。
【請求項６】前記ルーパ電流基準発生器が、ルーパが圧
延材から受けるトルク、圧延材張力から受けるトルク及
びルーパ自重分によるトルクの和に釣り合うような主の
ルーパ電流基準を演算する主電流基準発生手段と、固定
の値とルーパが上昇する速度に比例するように定めた値
と前記ルーパ高さ制御器が演算する速度指令値の変化分
に比例する値とを加算して補助的なルーパ電流基準を演
算する補助電流基準発生手段とを備え、前記主のルーパ
電流基準と補助的なルーパ電流基準とを加算して得られ
た値をルーパ電流指令値として出力する請求項１記載の
タンデム熱間圧延機の制御装置。
【請求項７】タンデム熱間圧延機の各スタンド間に配置
されたルーパの高さ及びスタンド間の圧延材張力を制御
するタンデム熱間圧延機の制御装置であって、速度設定値に従ってスタンド圧延機主電動機の速度を制
御する主電動機速度制御器と、ルーパ高さ検出値をルーパ高さ目標値に追随させる主電
動機速度指令値を演算し、この速度指令値によって前記
主電動機速度制御器に加えられる速度設定値を補正する
ルーパ高さ制御器と、圧延材の張力目標値とルーパ高さ検出値とに基づき、圧
延材の張力を張力目標値に追随させるルーパ電流指令値
を演算するルーパ電流基準発生器と、ルーパ電流指令値に従ってルーパ電動機の電流を制御す
るルーパ電流制御器と、ルーパに取付けた張力検出器が受ける力、もしくは、ル
ーパ電動機が受けるトルクから圧延材の張力を演算する
張力演算手段と、演算された張力にゲインを乗じて得られた値をルーパ電
流基準の補正値として前記ルーパ電流基準発生器から出
力されるルーパ電流基準から減算すると同時に、この減
算により変化する前記ルーパ高さ制御器のゲインを補正
することによって、ルーパ高さ制御系の共振周波数及び
減衰定数を変更する張力分トルク補正手段と、を備えたタンデム熱間圧延機の制御装置。
【請求項８】タンデム熱間圧延機の各スタンド間に配置
されたルーパの高さ及びスタンド間の圧延材張力を制御
するタンデム熱間圧延機の制御装置であって、速度設定値に従ってスタンド圧延機主電動機の速度を制
御する主電動機速度制御器と、ルーパ高さ検出値をルーパ高さ目標値に追随させる主電
動機速度指令値を演算し、この速度指令値によって前記
主電動機速度制御器に加えられる速度設定値を補正する
ルーパ高さ制御器と、圧延材の張力目標値とルーパ高さ検出値とに基づき、圧
延材の張力を張力目標値に追随させるルーパ電流指令値
を演算するルーパ電流基準発生器と、ルーパ電流指令値に従ってルーパ電動機の電流を制御す
るルーパ電流制御器と、ルーパに取付けた張力検出器が受ける力、もしくは、ル
ーパ電動機が受けるトルクから圧延材の張力を演算する
張力演算手段と、演算された張力にゲインを乗じて得られた値を主機速度
指令値の変更量として前記ルーパ高さ制御器から出力さ
れる速度指令値に加算すると同時に、この加算により変
化する前記ルーパ高さ制御器のゲインを補正することに
よって、ルーパ高さ制御系の共振周波数及び減衰定数を
変更する張力分トルク補正手段と、を備えたタンデム熱間圧延機の制御装置。